Het water in Lake Powell, een van de grootste stuwmeren van het land, is door de droogte in het Westen zo laag gevallen dat federale functionarissen noodmaatregelen nemen om te voorkomen dat de waterkrachtcentrales bij de Glen Canyon Dam worden uitgeschakeld.

De dam in Arizona, die elektriciteit levert aan zeven staten, is niet de enige Amerikaanse waterkrachtcentrale in moeilijkheden.

De iconische Hoover Dam, ook aan de Colorado-rivier, heeft de waterstroom en energieproductie verminderd. Californië heeft een waterkrachtcentrale bij de Oroville-dam voor vijf maanden gesloten vanwege de lage waterstanden in 2021, en functionarissen hebben gewaarschuwd dat hetzelfde zou kunnen gebeuren in 2022.

In het noordoosten heeft een ander soort klimaatveranderingsprobleem gevolgen voor waterkrachtdammen:te veel regen in één keer.

De Verenigde Staten hebben meer dan 2.100 operationele hydro-elektrische dammen, met locaties in bijna elke staat. Ze spelen een essentiële rol in hun regionale elektriciteitsnetwerken. Maar de meeste zijn in de afgelopen eeuw gebouwd onder een ander klimaat dan tegenwoordig.

Naarmate de mondiale temperatuur stijgt en het klimaat blijft veranderen, zal de concurrentie om water toenemen en zal de manier waarop de waterkrachtvoorziening binnen regio's en via het elektriciteitsnet in de VS wordt beheerd, moeten evolueren. We bestuderen de waterkrachtproductie van het land op systeemniveau als ingenieurs. Hier zijn drie belangrijke dingen om te begrijpen over een van 's lands oudste bronnen van hernieuwbare energie in een veranderend klimaat.

1. Waterkracht kan dingen die andere energiecentrales niet kunnen
2. Klimaatverandering beïnvloedt waterkracht anders in verschillende regio's
3. Sommige netbeheerders staan ​​voor grotere uitdagingen
4. Er komt meer verandering

Waterkracht kan dingen die andere energiecentrales niet kunnen

Waterkracht levert 6 tot 7 procent van alle energieopwekking in de VS, maar het is een cruciale hulpbron voor het beheer van de Amerikaanse elektriciteitsnetten.

Omdat het snel kan worden in- en uitgeschakeld, kan hydro-elektrische energie helpen om van minuut tot minuut veranderingen in vraag en aanbod te beheersen. Het kan ook helpen elektriciteitsnetwerken snel terug te stuiteren wanneer black-outs optreden. Waterkracht vormt ongeveer 40 procent van het Amerikaanse elektriciteitsnet dat kan worden gestart zonder een extra stroomvoorziening tijdens een stroomstoring, deels omdat de brandstof die nodig is om stroom op te wekken eenvoudigweg het water is dat in het reservoir achter de turbine wordt vastgehouden.

Daarnaast kan het ook dienen als een gigantische batterij voor het net. De VS heeft meer dan 40 waterkrachtcentrales met pomp, die het water bergopwaarts in een reservoir pompen en het later door turbines sturen om indien nodig elektriciteit op te wekken.

Dus hoewel hydro-elektriciteit een klein deel van de opwekking vertegenwoordigt, zijn deze dammen een integraal onderdeel van het in stand houden van de Amerikaanse stroomvoorziening.

Klimaatverandering beïnvloedt waterkracht anders in verschillende regio's

Wereldwijd heeft droogte de opwekking van waterkracht al doen afnemen. Hoe de klimaatverandering de waterkrachtcentrale in de VS in de toekomst beïnvloedt, hangt voor een groot deel af van de locatie van elke fabriek.

In gebieden waar smeltende sneeuw de rivierstroom beïnvloedt, wordt verwacht dat het waterkrachtpotentieel in de winter zal toenemen, wanneer er meer sneeuw valt als regen, maar in de zomer zal afnemen wanneer er minder sneeuwlaag overblijft om smeltwater te worden. Dit patroon zal naar verwachting optreden in een groot deel van de westelijke VS, samen met verergerende meerjarige droogtes die de productie van waterkracht kunnen verminderen, afhankelijk van de hoeveelheid opslagcapaciteit van het reservoir.

Het noordoosten heeft een andere uitdaging. Daar zal naar verwachting extreme neerslag toenemen die overstromingen kan veroorzaken. Meer regen kan het potentieel voor energieopwekking vergroten en er zijn discussies over het aanpassen van meer bestaande dammen om waterkracht te produceren. Maar omdat veel dammen daar ook worden gebruikt voor het beheersen van overstromingen, kan de mogelijkheid om extra energie te produceren uit die toenemende regenval verloren gaan als er water via een overloopgeul vrijkomt.

In het zuiden van de VS worden afnemende neerslag en toenemende droogte verwacht, wat waarschijnlijk zal resulteren in een verminderde waterkrachtproductie.

Sommige netbeheerders staan ​​voor grotere uitdagingen

Het effect van deze veranderingen op het elektriciteitsnet van het land hangt af van hoe elk deel van het elektriciteitsnet wordt beheerd.

Agentschappen die bekend staan ​​als balanceringsautoriteiten beheren de vraag en het aanbod van elektriciteit in hun regio in realtime.

De grootste balanceringsautoriteit op het gebied van hydro-elektrische opwekking is de Bonneville Power Administration in het noordwesten. Het kan jaarlijks ongeveer 83.000 megawattuur elektriciteit opwekken in 59 dammen, voornamelijk in Washington, Oregon en Idaho. Alleen al het Grand Coulee Dam-complex kan genoeg stroom produceren voor 1,8 miljoen huishoudens.

Een groot deel van dit gebied heeft een vergelijkbaar klimaat en zal de klimaatverandering in de toekomst op vrijwel dezelfde manier ervaren. Dat betekent dat een regionaal droogte- of sneeuwloos jaar veel van de waterkrachtproducenten van de Bonneville Power Administration tegelijkertijd zou kunnen treffen. Onderzoekers hebben ontdekt dat de klimaateffecten van deze regio op waterkracht zowel een risico als een kans vormen voor netbeheerders door de uitdagingen op het gebied van zomerbeheer te vergroten, maar ook door het verminderen van elektriciteitstekorten in de winter.

In het middenwesten is het een ander verhaal. De Midcontinent Independent System Operator (MISO) heeft 176 waterkrachtcentrales in een gebied dat 50 procent groter is dan dat van Bonneville, van het noorden van Minnesota tot Louisiana.

Aangezien de waterkrachtcentrales meer kans hebben op verschillende klimaten en regionale effecten op verschillende tijdstippen, hebben MISO en vergelijkbare grote exploitanten de mogelijkheid om waterkrachttekorten in het ene gebied te compenseren met opwekking in andere gebieden.

Het begrijpen van deze regionale klimaateffecten wordt steeds belangrijker voor de planning van de stroomvoorziening en het beschermen van de netbeveiliging, aangezien balanceringsautoriteiten samenwerken om de lichten aan te houden.

Er komt meer verandering

Klimaatverandering is niet de enige factor die de toekomst van waterkracht zal beïnvloeden. Concurrerende eisen hebben al invloed op de vraag of water wordt toegewezen voor elektriciteitsopwekking of voor ander gebruik zoals irrigatie en drinken.

Wetten en watertoewijzing veranderen ook in de loop van de tijd en veranderen de manier waarop water wordt beheerd via reservoirs, wat gevolgen heeft voor hydro-elektriciteit. De toename van hernieuwbare energie en het potentieel om sommige dammen en reservoirs te gebruiken voor energieopslag kunnen de vergelijking ook veranderen.

Het belang van waterkracht in het Amerikaanse elektriciteitsnet betekent dat de meeste dammen zullen blijven bestaan, maar klimaatverandering zal de manier waarop deze centrales worden gebruikt en beheerd veranderen.

Caitlin Grady is een assistent-professor civiele en milieutechniek en onderzoeksmedewerker aan het Rock Ethics Institute in Penn State. Ze ontvangt financiering van de National Science Foundation en het Amerikaanse ministerie van landbouw.

Lauren Dennis is een Ph.D. student civiele techniek en klimaatwetenschap aan Penn State. Ze ontvangt financiering van de National Science Foundation.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit Het gesprek onder een Creative Commons-licentie. U vindt de oorspronkelijk artikel hier .